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Programmation en langage CLes pointeurs

Alain Chillès – 祁冲

ParisTech Shanghai Jiao Tong上海交大–巴黎高科卓越工程师学院

27 octobre 2015 – 2015年10月27日 – 乙未年九月十六

1

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Plan

Les pointeursDéclaration, initialisation et utilisationComparaisons et opérations sur les pointeursTableaux (et chaînes de caractères)Passages de paramètres et polymorphisme

Utilisation de la mémoire par les systèmes d’exploitationStatique/Dynamique

ExerciceMélange de cartesTri en place, dynamique et polymorphe

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Rappel

int i=5;

i 5

Adresse de la variable

Valeur de la variable

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Exemple : la fonction scanf

8 i n t n ;9 p r i n t f ( " Donner n : " ) ;

10 s c a n f ( "%d " ,&n ) ;

&n désigne l’adresse de n : il faut connaître l’endroit où ranger lavaleur lue

7 char ch3 [ 6 ] ;8 p r i n t f ( " Taper l a c h a î n e 3 : " ) ;9 s c a n f ( "%s " , ch3 ) ; // On tape ”alain”

ch3 désigne l’adresse du tableau où ranger la chaîne de caractèreslue (ce n’est pas une chaîne de caractères !)

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Déclaration d’un pointeur

1 # inc lude < s t d i o . h>2 char t a b [ ] ; // Pointeur sur UN caractere (DECONSEILLE)3 // Variable globale : Warning4 // Variable locale : ERROR5

6 i n t main ( )7 {8 i n t ∗p ; // Pointeur sur un entier9 char ∗ t a b 2 ; // Pointeur sur un caractere (CONSEILLE)

10 char t a b 3 [ 1 0 ] ; // Pointeur sur un tableau de 10 caracteres11 f l o a t ∗∗q ; // Pointeur sur un pointeur sur un flottant

pointeurs.c 2 warning: array ‘tab’ assumedto have one element [enabled by default]=== Build finished: 0 errors, 1 warnings ===

<type pointé> *<nom du pointeur>;

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Déclaration et const

1 i n t main ( )2 { // Avec const, il faut initialiser a la declaration3 i n t i =5 , j =3 ;4 i n t ∗ const p=&i ; // Le pointeur est constant5 const in t ∗q=&i ; // La valeur est constante6 const in t ∗ const r=&i ; // Les deux sont constants7 p=&j ; ∗p= j ; // Impossible, p est constant8 ∗q =7; q=&j ; // Impossible *q est constant9 ∗ r =8 ; r=&j ; // Impossible r et *r sont constants

constpointeurs.c 7 error: assignment ofread-only variable ‘p’constpointeurs.c 8 error: assignment ofread-only location ‘*q’constpointeurs.c 9 error: assignment ofread-only location ‘*r’constpointeurs.c 9 error: assignment ofread-only variable ‘r’

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Initialisation d’un pointeur

12 i n t i =5 ;13 p=&i ; // Le pointeur pointe sur la variable i14 ∗p =8; // La valeur de i est a 815 p r i n t f ( " i (∗ p ) v a u t : %d ou %d , \ n \16 l ’ a d r e s s e de i (& i ou p ) v a u t : %p ou %p \ n " ,17 i ,∗ p ,& i , p ) ; // Noter le %p pour un pointeur

i (*p) vaut : 8 ou 8,l’adresse de i (&i ou p) vaut : 0xbff26c68 ou0xbff26c68

8i

&ip

8

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Utilisation d’un pointeur

Adresse ValeurVariable i &i iPointeur p p *p

Donc :On a toujours :

*&i=i

Et de même :&*p=p

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Ne pas oublier l’initialisation

1 # inc lude < s t d i o . h>2

3 i n t main ( )4 {5 i n t ∗p ,∗ q ;6 p r i n t f ( "∗p v a u t : %d e t p=%p \ n \7 ∗q v a u t : %d e t q=%p " ,∗p , p ,∗ q , q ) ;8 return ( 0 ) ;9 }

*p vaut : 1723772 et p=0xb7781ff4*q vaut : 465290113 et q=0x8048439

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Pour ne pas faire d’erreur


3 i n t main ( )4 {5 i n t ∗p=NULL, i =5 ;6 p r i n t f ( " p v a u t %p \ n " , p ) ;7 p=&i ;8 p r i n t f ( " Main tenan t , p v a u t %p \ n " , p ) ;9 return ( 0 ) ;

10 }

p vaut (nil)Maintenant, p vaut 0xbff20278

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Comparaisons possibles entre pointeurs

Égalité (==)Non égalité (!=)

Ordre (<, <=, > et >=)

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Opérations possibles avec les pointeurs

Addition/soustraction avec un entier. Le résultat dépend dutype sur lequel pointe le pointeur !


3 i n t main ( )4 {5 i n t ∗p ,∗ q , i =1 ;6 p=&i ;7 q=p ++;8 p r i n t f ( " P o i n t e u r s s u r des e n t i e r s \ n \9 p v a u t %p e t q v a u t %p \ n " , p , q ) ;

10 long long in t ∗ r ,∗ s , j =1 ;11 r=&j ;12 s= r ++;13 p r i n t f ( " P o i n t e u r s s u r des e n t i e r s t r è s l o n g s \ n \14 r v a u t %p e t s v a u t %p \ n " , r , s ) ;15 return ( 0 ) ;16 }

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Addition : résultat

Pointeurs sur des entiersp vaut 0xbff2fc90 et q vaut 0xbff2fc8cPointeurs sur des entiers très longsr vaut 0xbff2fc88 et s vaut 0xbff2fc80

I Pour les entiers, une différence de 4. Pour les longs, longsentiers, une différence de 8.

0xbff 2fc90− 0xbff 2fc8c = 40xbff 2fc88− 0xbff 2fc80 = 8

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Opérations possibles avec les pointeurs

On peut donc faire :p+1; p+2; ... ; p-1; p-2; ...p++; p–; ++p; –p;p += 1; p += 2; ... p -= 1; p -= 2; ...p-q; (renvoie un entier)On ne peut par faire :

additions de pointeurs, multiplications, divisions, etc.toute autre opération logique ou arithmétique

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Tableau = pointeur


3 i n t main ( )4 {5 i n t t a b [ 3 ] ,∗ p , i ;6 p= t a b ; // Donc p et tab sont de meme type7 f o r ( i =0 ; i <3 ; i ++)8 p r i n t f ( " i=%d : %d \ n " , i , t a b [ i ]−∗(p+ i ) ) ;9 return ( 0 ) ;

10 }

i=0 : 0i=1 : 0i=2 : 0

Donc :tab[i] = ∗(tab+ i)

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Tableau 6= pointeur

1 # inc lude < s t d i o . h>2 # inc lude < s t d l i b . h> // Pour avoir la fonction calloc3

4 i n t main ( )5 {6 i n t ∗p , t a b [ 3 ] = { 0 , 1 , 2 } , i , j ; // Le tableau contient trois elements7 p r i n t f ( " Donner i : " ) ;8 s c a n f ( "%d " ,& i ) ;9 p =( i n t ∗ ) c a l l o c ( i , s i z e o f ( i n t ) ) ;

10 f o r ( j =0 ; j <= i ; j ++)11 p r i n t f ( " p[%d]=%d " , j , p [ j ] ) ;12 return ( 0 ) ;13 }

Donner i : 5p[0]=0 p[1]=0 p[2]=0 p[3]=0 p[4]=0 p[5]=135145

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Tableau et pointeur

La tableau est de longueur statiqueAvec de l’allocation dynamique de mémoire on peut, avec unpointeur, obtenir des tableaux de taille dynamique

Il faut utiliser stdlib.h et les fonctions :malloc : réserve de la mémoirecalloc : réserve de la mémoire et l’initialise à 0free : libère de la mémoire

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À quoi servent les pointeurs ?

Allocation dynamique de mémoirePassage de paramètres modifiablesPassage de paramètres fonctionnelsPolymorphisme

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À quoi servent les pointeurs : modifier les paramètres


3 void ModifyElement ( i n t ∗ ) ; // Prototypage4

5 i n t main ( )6 {7 i n t i =1 ;8 ModifyElement (& i ) ;9 p r i n t f ( " Et m a i n t e n a n t i v a u t : %d " , i ) ;

10 return ( 0 ) ;11 }12

13 void ModifyElement ( i n t ∗e )14 {15 // Parametre : l’element a modifier16 ∗e =2015;17 }

Et maintenant i vaut : 2015

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À quoi servent les pointeurs : changer de fonction


3 i n t i n c r ( i n t n ) { return ( n + 1 ) ; }4

5 i n t d e c r ( i n t n ) { return ( n−1);}6

7 i n t main ( )8 {9 i n t (∗ f ) ( i n t ) ; // Declaration de f

10 f=&i n c r ;11 p r i n t f ( "On o b t i e n t a l o r s %d \ n " , (∗ f ) ( 3 ) ) ;12 f=&d e c r ;13 p r i n t f ( " P u i s %d " , (∗ f ) ( 3 ) ) ;14 return ( 0 ) ;15 }

On obtient alors 4Puis 2

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À quoi servent les pointeurs : polymorphisme

I On a vu plusieurs tris (tri sélection, tri insertion à insertionlinéaire et tri insertion à insertion dichotomique).

Limités aux tableaux d’entiersLimités à ranger de manière croissante

Polymorphisme : essayer de pouvoir changer de type d’objetset d’ordre à utiliserI Nous allons essayer de changer d’ordre !

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Rappel : tri sélection

3 5 -1 2 0 2 4

-1 5 3 2 0 2 4

-1 0 3 2 5 2 4

-1 0 2 3 5 2 4

-1 0 2 2 5 3 4

-1 0 2 2 3 5 4

-1 0 2 2 3 4 5

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Rappel : tri sélection (1)

1 void t r i s e l e c t i o n ( i n t a [ ] , i n t n )2 {3 void swap ( i n t i , i n t j )4 {5 // Petite fonction interne6 // Echange les elements i et j du tableau7 // Notons que la fonction est locale a triselection8 // et que le tableau a est connue par cette fonction9 i n t aux ;

10 aux=a [ i ] ;11 a [ i ]= a [ j ] ;12 a [ j ]= aux ;13 }14

15 i n t minqueue ( i n t i )16 {17 // Petite fonction interne

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Rappel : tri sélection (2)

18 // Calcule l’indice du plus petit element apres a[i]19 i n t j , r e f ;20 r e f = i ;21 f o r ( j = i +1 ; j <n ; j ++)22 i f ( a [ j ] < a [ r e f ] ) r e f = j ;23 return ( r e f ) ;24 }25

26 i n t i ;27 f o r ( i =0 ; i <n ; i ++) // Le tri proprement dit28 swap ( i , minqueue ( i ) ) ;29 }

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Nouveau tri avec choix de l’ordre (1)

1 void t r i s e l ( i n t a [ ] , const in t n , i n t (∗ o r d r e ) ( int , i n t ) )2 {3 void swap ( i n t i , i n t j )4 {5 i n t aux ;6 aux=a [ i ] ;7 a [ i ]= a [ j ] ;8 a [ j ]= aux ;9 }

10 i n t minqueue ( i n t i )11 {12 i n t j , r e f ;13 r e f = i ;14 f o r ( j = i +1 ; j <n ; j ++)15 i f ( ( ∗ o r d r e ) ( a [ j ] , a [ r e f ] ) ) r e f = j ;16 return ( r e f ) ;17 }18

19 i n t i ;20 f o r ( i =0 ; i <n ; i ++) // Le tri proprement dit21 swap ( i , minqueue ( i ) ) ;22 } 29

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1 # i f n d e f TRISEL_H_INCLUDED2 # de f ine TRISEL_H_INCLUDED3 void t r i s e l ( i n t [ ] , const int , i n t ( ∗ ) ( int , i n t ) ) ;4 # end i f

1 // Fichier call trisel.c2 # inc lude < s t d i o . h>3 # inc lude " t r i s e l . h "4

5 i n t main ( )6 {7 i n t t a b [8 ]={ −2 ,1 ,0 , −1 ,3 ,4 ,0 ,1} , i ;8

9 i n t p l p t t ( i n t a , i n t b ) { return ( a<b ) ; } ;10 i n t p lgd ( i n t a , i n t b ) { return ( a>b ) ; } ;

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12 t r i s e l ( t ab ,8 ,& p l p t t ) ;13 f o r ( i =0 ; i <8 ; i ++)14 p r i n t f ( "%d \ t " , t a b [ i ] ) ;15 t r i s e l ( t ab ,8 ,& p lgd ) ;16 p r i n t f ( " \ n " ) ;17 f o r ( i =0 ; i <8 ; i ++)18 p r i n t f ( "%d \ t " , t a b [ i ] ) ;19 return ( 0 ) ;20 }

-2 -1 0 0 1 1 3 44 3 1 1 0 0 -1 -2

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Allocation de mémoire

Très utile pour les systèmes d’exploitationVoir Wikipedia

34

https://fr.wikipedia.org/wiki/Allocation_de_m�moire

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Distribuer des cartes (1)

1 # inc lude < s t d i o . h>2 # inc lude < s t d l i b . h>3 # inc lude < t ime . h>4

5 void melange r ( i n t [ ] [ 1 3 ] ) ;6 void d i s t r i b u e r ( const in t [ ] [ 1 3 ] , const char ∗ [ ] ,7 const char ∗ [ ] ) ;8

9 i n t main ( )10 {11 const char ∗ c o u l e u r s [ ] = { " Coeur " , " C a r r e a u " , " P ique " , " T r è f l e " } ;12 const char ∗ c a r t e s [ ] = { " As " , " Deux " , " T r o i s " , " Qu a t r e " , " Cinq " ,13 " S ix " , " Sep t " , " Hu i t " , " Neuf " , " Dix " , " V a l e t " , "Dame" , " Roi " } ;14 i n t j e u [ 4 ] [ 1 3 ] = { 0 } ;15

16 s r a n d ( t ime (NULL ) ) ;17

18 melange r ( j e u ) ;19 d i s t r i b u e r ( j eu , c a r t e s , c o u l e u r s ) ;20 return ( 0 ) ;21 }

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23 void melange r ( i n t p j e u [ ] [ 1 3 ] )24 {25 i n t l i g n e , co lonne , no ;26

27 f o r ( no =1; no <=52; no ++)28 {29 do30 {31 l i g n e = rand ( )%4;32 c o l o n n e = rand ( )%13;33

34 } while ( p j e u [ l i g n e ] [ c o l o n n e ] != 0 ) ;35 p j e u [ l i g n e ] [ c o l o n n e ] = no ;36 } ;37 }

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39 void d i s t r i b u e r ( const in t p j e u [ ] [ 1 3 ] , const char ∗ p c a r t e s [ ] ,40 const char ∗ p c o u l e u r s [ ] )41 {42 i n t l i g n e , co lonne , no ;43

44 f o r ( no =1; no <=52; no ++)45 f o r ( l i g n e =0; l i g n e <4; l i g n e ++)46 f o r ( c o l o n n e =0; co lonne <13; c o l o n n e ++)47 i f ( p j e u [ l i g n e ] [ c o l o n n e ]== no )48 p r i n t f ( "%7s de %−8s%c " ,49 p c a r t e s [ c o l o n n e ] ,50 p c o u l e u r s [ l i g n e ] ,51 no %2 == 0 ? ’ \ n ’ : ’ \ t ’ ) ;52 }

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Distribuer des cartes (résultat)

Valet de Carreau Trois de Coeur Dix de Carreau As deCarreau Dame de Carreau Six de Carreau Six de TrèfleDame de Coeur Sept de Pique Huit de Coeur Neuf deCarreau Cinq de Coeur Valet de Trèfle Quatre dePique Sept de Carreau Six de Coeur Huit de TrèfleSept de Coeur Quatre de Trèfle Dix de Pique Neuf dePique Valet de Pique As de Trèfle Roi de Trèfle Huitde Carreau As de Pique Huit de Pique Sept de TrèfleCinq de Pique Deux de Carreau Trois de Trèfle As deCoeur Dame de Pique Trois de Pique Neuf de TrèfleSix de Pique Dix de Trèfle Deux de Pique Valet deCoeur Dame de Trèfle Quatre de Carreau Cinq deCarreau Trois de Carreau Quatre de Coeur Deux deCoeur Dix de Coeur Roi de Coeur Roi de Pique Cinq deTrèfle Roi de Carreau Deux de Trèfle Neuf de Coeur

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Exercice

On veut saisir au clavier un entier n ;générer un tableau aléatoire d’entiers dans [[1, 10]] de taille n ;pouvoir choisir le tri (sélection, insertion, etc.) et l’ordre surles entiers, tout cela au clavier ;et produire le tableau non trié puis le tableau trié.

Le tri se fera en place (sans recopiage du tableau)

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Tri sélection

3 5 -1 2 0 2 4

-1 5 3 2 0 2 4

-1 0 3 2 5 2 4

-1 0 2 3 5 2 4

-1 0 2 2 5 3 4

-1 0 2 2 3 5 4

-1 0 2 2 3 4 5

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Tri insertion

3 5 -1 2 0 2 4

3 5 -1 2 0 2 4

-1 3 5 2 0 2 4

-1 2 3 5 0 2 4

-1 0 2 3 5 2 4

-1 0 2 2 3 5 4

-1 0 2 2 3 4 5

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Correction de l’exercice

On a 5 fichiers :Le fichier général.Deux fichiers pour le tri-sélection (TriSelection.h etTriSelection.c).Deux fichiers pour le tri-insertion par recherche linéaire(TriInsertion.h et TriInsertion.c).

I L’objectif est d’utiliser des pointeurs sur des fonctions et del’allocation dynamique de mémoire !

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Correction – La fonction principale (1)

1 # inc lude < s t d i o . h> // Pour avoir les fonctions printf et scanf2 # inc lude < s t d l i b . h> // Pour avoir les fonctions malloc et rand3 # inc lude < t ime . h> // Pour initialiser srand4 # inc lude " T r i S e l e c t i o n . h "5 # inc lude " T r i I n s e r t i o n . h "6

7 i n t main ( )8 {9 i n t n ,∗ t ab , i ;

10 p r i n t f ( " Donner l a t a i l l e du t a b l e a u : " ) ;11 s c a n f ( "%d " ,&n ) ;12 // Prevoir la place pour le tableau13 t a b =( i n t ∗ ) m a l l oc ( n∗ s i z e o f ( i n t ) ) ;14 // Initialiser le generateur aleatoire15 // Uniquement apres la mise au point du programme16 s r a n d ( t ime (NULL ) ) ;17 f o r ( i =0 ; i <n ; i ++)18 t a b [ i ]=1+( r and ( ) % 1 0 ) ;

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19 // Choisir la methode20 char c ;21 do22 {23 // ATTENTION, il y a des caracteres entres !24 // Il faut vider la zone tampon25 while ( c != ’ \ n ’ )26 c= g e t c h a r ( ) ;27 p r i n t f ( " I n s e r t i o n ( i ) ou s é l e c t i o n ( s ) ? " ) ;28 s c a n f ( "%c " ,&c ) ;29 } while ( ( c != ’ i ’ ) && ( c != ’ s ’ ) ) ;30 void (∗ t r i ) ( i n t a [ ] , const in t l , i n t ( ∗ ) ( int , i n t ) ) ;31 i f ( c== ’ i ’ )32 t r i =& T r i I n s e r t i o n ;33 e l s e34 t r i =& T r i S e l e c t i o n ;

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35 // Choix de l’ordre36 do37 {38 while ( c != ’ \ n ’ )39 c= g e t c h a r ( ) ;40 p r i n t f ( " C r o i s s a n t ( <) ou d é c r o i s s a n t ( >) ? " ) ;41 s c a n f ( "%c " ,&c ) ;42 } while ( ( c != ’< ’ ) && ( c != ’> ’ ) ) ;43 // Definitions des ordres44 i n t p l g ( const in t a , const in t b )45 {46 return ( a<b ) ;47 } ;48 i n t p p t t ( const in t a , const in t b )49 {50 return ( a>b ) ;51 } ;

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APL

Ada


53 i n t (∗ mon_ordre ) ( const int , const in t ) ;54 i f ( c== ’< ’ )55 mon_ordre=&p l g ;56 e l s e57 mon_ordre=&p p t t ;58 // Tri proprement dit59 p r i n t f ( " Le t a b l e a u i n i t i a l v a u t : \ n " ) ;60 f o r ( i =0 ; i <n ; i ++)61 p r i n t f ( "%d " , t a b [ i ] ) ;62 // On appelle le tout avec les bons parametres !63 (∗ t r i ) ( t ab , n ,∗ mon_ordre ) ;64 p r i n t f ( " \ nLe t a b l e a u t r i é v a u t : \ n " ) ;65 f o r ( i =0 ; i <n ; i ++)66 p r i n t f ( "%d " , t a b [ i ] ) ;67 return ( 0 ) ;68 }

49

C

Forth

Lisp

Pascal

Prolog

C++

Fortran

JavaPython

APL

Ada

Correction – Le tri-sélection (1)

1 # i f n d e f TRISELECTION_H2 # de f ine TRISELECTION_H3 void T r i S e l e c t i o n ( i n t [ ] , const int , i n t ( ∗ ) ( int , i n t ) ) ;4 # end i f

1 // Fichier TriSelection.c2 void T r i S e l e c t i o n ( i n t a [ ] , const in t l , i n t (∗ o r d r e ) ( int , i n t ) )3 {4 void swap ( const in t i , const in t j )5 {6 i n t aux=a [ i ] ;7 a [ i ]= a [ j ] ;8 a [ j ]= aux ;9 }

50

C

Forth

Lisp

Pascal

Prolog

C++

Fortran

JavaPython

APL

Ada

Correction – Le tri-sélection (2)

11 i n t minqueue ( const in t i )12 {13 i n t j , r e f ;14 r e f = i ;15 f o r ( j = i +1 ; j < l ; j ++)16 i f ( ( ∗ o r d r e ) ( a [ j ] , a [ r e f ] ) ) r e f = j ;17 return ( r e f ) ;18 }19

20 i n t i ;21 f o r ( i =0 ; i < l ; i ++) // Le tri proprement dit22 swap ( i , minqueue ( i ) ) ;23 }

51

C

Forth

Lisp

Pascal

Prolog

C++

Fortran

JavaPython

APL

Ada

Correction – Le tri-insertion (1)

1 # i f n d e f TRIINSERTION_H2 # de f ine TRIINSERTION_H3 void T r i I n s e r t i o n ( i n t [ ] , const int , i n t ( ∗ ) ( int , i n t ) ) ;4 # end i f

1 // Fichier TriInsertion.c2 void T r i I n s e r t i o n ( i n t a [ ] , const in t l , i n t (∗ o r d r e ) ( int , i n t ) )3 {4 void swap ( const in t i , const in t j )5 {6 i n t aux=a [ i ] ;7 a [ i ]= a [ j ] ;8 a [ j ]= aux ;9 }

52

C

Forth

Lisp

Pascal

Prolog

C++

Fortran

JavaPython

APL

Ada

Correction – Le tri-insertion (2)

11 void p l a c e ( const in t i )12 {13 i n t aux=a [ i ] , j ;14 f o r ( j = i −1;( j >=0) && ( ( ∗ o r d r e ) ( aux , a [ j ] ) ) ; j −−)15 swap ( j +1 , j ) ;16 }17

18 i n t i ;19 f o r ( i =1 ; i < l ; i ++)20 p l a c e ( i ) ;21 }

53

C

Forth

Lisp

Pascal

Prolog

C++

Fortran

JavaPython

APL

Ada

Correction – Un exemple d’exécution

Donner la taille du tableau : 15Insertion (i) ou sélection (s) ? iCroissant (<) ou décroissant (>) ? >Le tableau initial vaut :8 5 3 10 5 1 6 10 9 2 10 5 5 3 6Le tableau trié vaut :10 10 10 9 8 6 6 5 5 5 5 3 3 2 1

54

programmation en langage c les...

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